Kvanttimekaniikan omituisuus: kuinka tulevaisuus voi vaikuttaa menneisyyteen

Kvanttimekaniikan omituisuus: kuinka tulevaisuus voi vaikuttaa menneisyyteen

Aikaleima: 8. maaliskuuta 2023 9
Lähdesolmu: 1999524
08. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Vuonna 2022 fysiikan Nobel-palkinto palkittiin kokeellisesta työstä, joka osoitti, että kvanttimaailman on murrettava joitain perustavanlaatuisia intuitioitamme maailmankaikkeuden toiminnasta. Monet katsovat näitä kokeita ja päättelevät, että ne haastavat "paikallisuuden" - intuition, jonka mukaan kaukaiset kohteet tarvitsevat fyysisen välittäjän ollakseen vuorovaikutuksessa. Ja todellakin, salaperäinen yhteys kaukaisten hiukkasten välillä olisi yksi tapa selittää näitä kokeellisia tuloksia. Toiset sen sijaan ajattelevat, että kokeet haastavat "realismin" - intuition siitä, että kokemuksemme taustalla on objektiivinen asioiden tila. Loppujen lopuksi kokeita on vaikea selittää vain, jos mittaustemme uskotaan vastaavan jotain todellista. Joka tapauksessa monet fyysikot ovat samaa mieltä mitä kutsutaan paikallisen realismin "kokeilukuolemaksi".. Mutta entä jos molemmat intuitiot voidaan pelastaa kolmanneksen kustannuksella? Kasvava asiantuntijaryhmä on sitä mieltä, että meidän pitäisi hylätä sen sijaan olettamus, että nykyiset toimet eivät voi vaikuttaa menneisiin tapahtumiin. Tämä "retrokausaalisuudeksi" kutsuttu vaihtoehto väittää pelastavan sekä paikallisuuden että realismin.

syy-yhteys

What is causation anyway? Let’s start with the line everyone knows: correlation is not causation. Some correlations are causation, but not all. What’s the difference? Consider two examples. (1) There’s a correlation between a barometer needle and the weather – that’s why we learn about the weather by looking at the barometer. But no one thinks that the barometer needle is causing the weather. (2) Drinking strong coffee is correlated with a raised heart rate. Here it seems right to say that the first is causing the second. The difference is that if we “wiggle” the barometer needle, we won’t change the weather. The weather and the barometer needle are both controlled by a third thing, the atmospheric pressure – that’s why they are correlated. When we control the needle ourselves, we break the link to the air pressure, and the correlation goes away. But if we intervene to change someone’s coffee consumption, we’ll usually change their heart rate, too. Causal correlations are those that still hold when we wiggle one of the variables. These days, the science of looking for these robust correlations is called “causal discovery”. It’s a big name for a simple idea: finding out what else changes when we wiggle things around us. In ordinary life, we usually take for granted that the effects of a wiggle are going to show up later than the wiggle itself. This is such a natural assumption that we don’t notice that we’re making it. But nothing in the scientific method requires this to happen, and it is easily abandoned in fantasy fiction. Similarly in some religions, we pray that our loved ones were are among the survivors of yesterday’s shipwreck, say. We’re imagining that something we do now can affect something in the past. That’s retrocausality.

Kvantti retrokausaliteetti

Paikallisuudelle aiheutuva kvanttiuhka (että kaukaiset esineet tarvitsevat fyysisen välittäjän ollakseen vuorovaikutuksessa) johtuu Pohjois-Irlannin väitteestä. fyysikko John Bell 1960-luvulla. Bell harkitsi kokeita, joissa kaksi hypoteettista fyysikkoa, Alice ja Bob, saavat kumpikin hiukkasia yhteisestä lähteestä. Jokainen valitsee yhden useista mittausasetuksista ja tallentaa sitten mittaustuloksen. Useita kertoja toistettu kokeilu luo tulosluettelon. Bell tajusi, että kvanttimekaniikka ennustaa, että näissä tiedoissa on outoja korrelaatioita (nyt vahvistettu). Ne näyttivät antavan ymmärtää, että Alicen ympäristövalinnalla on hienovarainen "ei-paikallinen" vaikutus Bobin lopputulokseen ja päinvastoin – vaikka Alice ja Bob saattavat olla valovuosien päässä toisistaan. Bellin väitteen sanotaan muodostavan uhan Albert Einsteinin erityissuhteellisuusteorialle, joka on olennainen osa modernia fysiikkaa. Mutta tämä johtuu siitä, että Bell oletti, että kvanttihiukkaset eivät tiedä, mitä mittauksia ne kohtaavat tulevaisuudessa. Retrokausaaliset mallit ehdottaa, että Alicen ja Bobin mittausvalinnat vaikuttavat hiukkasiin takaisin lähteessä. Tämä voi selittää kummalliset korrelaatiot rikkomatta erityistä suhteellisuusteoriaa. Viimeaikaisessa työssä olemme ehdottaneet yksinkertainen mekanismi oudolle korrelaatiolle – siihen liittyy tuttu tilastollinen ilmiö nimeltä Berksonin bias (katso suosittu yhteenveto täältä). Siellä on nyt kukoistava joukko tutkijoita, jotka työskentelevät kvanttiretrokauusaalisuuden parissa. Mutta se on edelleen näkymätön joillekin laajemman alan asiantuntijoille. Se hämmentyy erilaisesta näkemyksestä, jota kutsutaan "superdeterminismiksi".

Superdeterminismi

Superdeterminismi on samaa mieltä retrokausaalisuuden kanssa siitä, että mittausvalinnat ja hiukkasten taustalla olevat ominaisuudet korreloivat jollain tavalla. Mutta superdeterminismi kohtelee sitä kuin sään ja barometrin neulan välistä korrelaatiota. Se olettaa, että on olemassa jokin mystinen kolmas asia – "supermäärittäjä" - joka ohjaa ja korreloi sekä valintojamme että hiukkasia, tapaa, jolla ilmanpaine ohjaa sekä säätä että barometria. Joten superdeterminismi kiistää sen, että mittausvalinnat ovat asioita, joita voimme vapaasti heilutella haluamallamme tavalla, ne ovat ennalta määrättyjä. Vapaat heilutukset rikkoisivat korrelaation, aivan kuten barometrin tapauksessa. Kriitikot vastustavat että superdeterminismi siis alittaa tieteellisten kokeiden suorittamisen edellyttämät ydinoletukset. He sanovat myös, että se tarkoittaa vapaan tahdon kieltämistä, koska jotain hallitsee sekä mittausvalinnat että hiukkaset. Nämä vastalauseet eivät koske retrokausaliteettia. Retrokausalistit tekevät tieteellisiä kausaalihavaintoja tavallisella vapaalla, heiluvalla tavalla. Sanomme, että retrokausaalisuuden hylkäävät ihmiset unohtavat tieteellisen menetelmän, jos he kieltäytyvät seuraamasta todisteita minne se johtaa.

näyttö

Mikä on todiste retrokausaalisuudesta? Kriitikot vaativat kokeellisia todisteita, mutta se on helppoa: asiaankuuluvat kokeet voittivat juuri Nobel-palkinnon. Hankalin osa on osoittaa, että retrokausaliteetti antaa parhaan selityksen näille tuloksille. Olemme maininneet mahdollisuuden poistaa Einsteinin erityissuhteellisuusteorian uhka. Se on mielestämme melko suuri vihje, ja on yllättävää, että sen tutkiminen on kestänyt niin kauan. Sekoitus superdeterminismiin näyttää olevan pääasiassa syyllinen. Lisäksi, we ja muut ovat väittäneet, että retrokausaliteetti ymmärtää paremmin sen tosiasian, että hiukkasten mikromaailma ei välitä menneisyyden ja tulevaisuuden erosta. Emme tarkoita, että kaikki on pelkkää purjehdusta. Suurin huolenaihe retrocausaatiosta on mahdollisuus lähettää signaaleja menneisyyteen ja avata oven aikamatkustuksen paradokseihin. Mutta jotta voidaan tehdä paradoksi, menneisyyden vaikutus on mitattava. Jos nuori isoäitimme ei voi lukea neuvojamme välttää avioliittoa isoisän kanssa, mikä tarkoittaa, että emme tulisi olemaan, paradoksia ei ole. Ja kvanttitapauksessa tiedetään hyvin, ettemme koskaan voi mitata kaikkea kerralla. Silti on vielä tehtävää kehitettäessä konkreettisia retrokausaalimalleja, jotka panevat täytäntöön tämän rajoituksen, että kaikkea ei voi mitata kerralla. Joten lopetamme varovaiseen johtopäätökseen. Tässä vaiheessa retrokauusaalisuus on se, joka tuulee purjeissaan, joten laskeudu kohti suurinta palkintoa: paikallisuuden ja realismin pelastamista ”kokeilukuolemalta”.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Nanowerk